第四章 燃料及其燃烧

第四章 燃料及其燃烧 4.1 燃烧与灭火

一、燃烧的条件

1、可燃物燃烧的条件 温度达到着火点

着火点——物质燃烧所需的最低温度 与氧气接触 2、燃烧的定义：

有剧烈的发光发热现象的化学反应 3、燃烧的三个条件

燃烧一定要有氧气参与吗？ 实验一：镁带在二氧化碳中燃烧

现象：剧烈燃烧，生成白色与黑色固体

化学方程式：222Mg CO MgO C +???

→+点燃

实验二：钠在氯气中燃烧

现象：剧烈燃烧、黄色火焰，生成白烟。

化学方程式：222Na Cl NaCl +???

→点燃

二、灭火与防火

1、缓慢氧化

白磷自燃：225452P O P O +→

与氧气发生的比较缓慢没有明显现象的氧化反应。 二硫化碳是一种具有挥发性的有机溶剂。

二硫化碳挥发后，白磷成为细小的颗粒留在滤纸上。

着火点底，白磷跟空气中的氧气接触后，发生缓慢氧化，并放热。

随着热量的积聚，当温度达到白磷的着火点时，发生白磷的自燃，并引起滤纸的燃烧。 如：钢铁生锈、食物腐败、酒的酿造、人和动物的呼吸、衰老、橡胶的老化。 2、爆炸

在有限的空间里，可燃物（可燃性的气体、可燃性的液体的蒸汽以及可燃性的粉尘）发生急速燃烧时，常会发生爆炸。

一切可燃性的气体、可燃性的液体的蒸汽、可燃性的粉尘在空气中的浓度达到一定范围时，

3、灭火与防火的原理隔绝空气或者氧气（灭火器、锅盖） 降低可燃物的温度到着火点以下（水） 移走可燃物（森林着火砍树开辟隔离带）

4、灭火器原理、选择及操作 （1）原理

简易灭火器：3242422 NaHCO H SO Na SO H O CO +→++↑

干粉灭火器：323222NaHCO Na CO H O CO ??

→++↑△

（2）灭火器选择

STOP30喷雾灭火器

法国公司Aktikam 的STOP30喷雾灭火器,既安全又快捷扑灭家庭、工厂、花园或营地的小火。喷雾时间更持久(可用45秒钟,普通灭火器只能维持4－5秒钟),更迅速扑灭火种。

STOP30它能彻底扑灭不同类型的火灾(例如因纸、油、溶剂和燃料引起的火灾),且可以安全地使用在最高达380伏特的电器用品上。它是高度耐热的。

STOP30主要由含多价添加剂(阴离子及酸硷性兼备的张力活性剂、甘油及防腐剂)的水组成,以氮气推进,该成分会形成快速覆盖火焰的泡沫。泡沫产生一层

薄膜,阻绝氧气,防止死灰复燃,令火焰在几秒钟内熄灭。

STOP30不危害健康,不刺激眼睛或皮肤,不含毒性,符合环保原则,它90%的成份可于5天后作生物分解。

家庭防火安全

家庭不妨配备以下几样东西，即一只小型家用灭火器，一根绳子，一只手电筒和几具简易的防烟面罩。

研究表明，烟雾中含有氢氰酸、丙烯醛、一氧化碳等有害气体，许多丧生者大都被毒烟熏死。此外，微粒碳也是烟雾中的杀手之一，防止微粒碳的伤害乃是当务之急。

然而，家庭如果备有一些简易的防毒防烟口罩，在危急关头，戴上防毒口罩，就能有效地抵御有毒烟雾的侵袭而死里逃生。如果没有口罩，毛巾也是可以应付突发情况的，尤其是浸水后使用效果更佳。如果平时花点钱备足以上四样东西，并放在家人比较熟悉且随手可取之处，在危急关头定能帮上大忙。

三、燃料的充分燃烧

提高燃料利用率的措施：

外部不间断的供应足够的氧气促进燃烧

把固体燃料粉碎，把液体燃料喷成雾状，增大燃料跟空气的接触面。

改进设备，防止热量散失。

小结

一、燃烧的条件

二、灭火与防火

4.2 碳

一、碳同素异形体

1．碳是组成物质的重要元素。

自然界里含碳元素的单质和化合物占物质总数的90%以上。

2．碳的单质

金刚石和石墨

（1）金刚石

阅读“扶南出金刚，生水底石上，如钟乳状，体似紫石英，可以刻玉，人没水取之，虽铁

锤击之亦不伤。”

金刚石是天然物质里最硬的物质

用途1：切割玻璃

用途2：制成钻石

金刚石的结构

（2）石墨

“用小刀削一些铅笔芯，触摸铅笔芯粉末”

石墨是自然界最软的物质之一

用途1：作笔芯

有滑腻感：作润滑剂

石墨的结构

“用铅笔芯串联成一个电路，观察灯泡是否明亮”

石墨能导电

熔点高

（3）富勒烯

碳元素组成的第三种单质

化学式：C 60

3．同素异形体：同种元素组成的不同的单质。 4．无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质组成 木炭、活性炭、焦炭、炭黑

判断：同素异形体

金刚石、石墨、富勒烯 一氧化碳、二氧化碳 红磷、白磷 水、双氧水 氧气、臭氧

二、单质碳的性质

1

2（1）可燃性

完全燃烧：22C O CO +???→点燃

不完全燃烧：222C O CO +???→点燃

（2）还原性

实验一：木炭还原氧化铜

现象：黑色固体变成红色，澄清石灰水变浑浊。

化学方程式：2

22C CuO CO Cu +???→↑+高温 还原剂——夺取氧的物质。

氧化剂——提供氧的物质。 还原剂具有还原性；

氧化剂具有氧化性；

氧化反应——物质与氧发生的化学反应

还原反应——含氧化合物里的氧被夺取的反应。

实验二：木炭与二氧化碳反应

化学方程式：

小结

碳的单质：

金刚石

石墨

富勒烯

同素异形体：C、P、O

碳的物理性质：特殊的物理性质——吸附性

碳的化学性质：

可燃性

还原性

4.3 化学燃料

世界能源结构发展

18世纪60年代：薪柴→煤炭

20世纪20年代：煤炭→石油、天然气

20世纪70年代：石油、天然气→以再生能源为基础的新型能源

一、化石燃料

化石燃料：煤、石油和天然气等由古代生物腐烂后，经过长期地质条件的变化，在地层中形成的大面积的可燃性矿物。

1、煤及其产品

煤：主要含碳，少量的S、P、H、N、O等元素；

管道煤气：主要可燃性成分为H2、CH4、CO；

水煤气：主要可燃性成分为H2、CO；

制取方法：水跟赤热的炭反应生成；

化学方程式：22C H O CO H +???

→+高温

2、石油（原油）

主要含有碳、氢元素。是多种化合物的混合物。 石油的分馏（物理方法）实验

分馏产物：石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、沥青…… 3、天然气

主要成分：甲烷CH4 甲烷的物理性质：

无色、无味的气体， 极难溶于水 可用排水法收集 密度小于空气 可用向下排空气法收集 甲烷的化学性质——可燃性

化学方程式：422222CH O CO H O +???

→+点燃

二、绿色能源

核能正逐步取代化石能源 氢能将成为开发新能源的重点

优点：燃烧热值高；无污染 氢气的制备 氢气的贮存

某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分

解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。

储氢合金的储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。

由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充、放电，因此储氢合金不愧是一种极其简便易行的理想储氢方法。

其他新能源：地热能、风能、太阳能

小结

化石燃料

污染、破坏环境

储量有限

绿色能源

天然气

可燃性

总结

燃烧和灭火

可燃物燃烧的条件

单质碳的性质及一氧化碳、二氧化碳的性质

氢气的制法与性质

对照氢气、炭、一氧化碳的还原性

溶洞的形成及碳酸钙的性质

二氧化碳的制备（启普发生器）

能源（化石燃料和绿色能源）

对比学习CO和CO2的性质

他们说的对吗？

1、有人说：我只要闻到煤气的气味就会关上开关，哪会中毒呢？

2、有人说：只要在厨房放一盆水就可防止煤气中毒。

一、物理性质

干冰的用途

（1）人工降雨

（2）冷藏食品

（3）人造云雾实验一

实验二

实验三：CO燃烧

实验装置

判断这个反应中的氧化剂和还原剂

2CO CuO Cu CO +??→+△

还原剂 氧化剂

注意事项：

1．CO 气体早出晚归（同H 2）；

2．尾气必须收集或者燃烧掉，防止污染空气。 你知道吗？

为什么盛有澄清石灰水的试剂瓶内壁上总有一层白色物质呢？ 讨论

1、温室效应有什么影响？

2、温室效应的防治方法？ 练习

1．在使用燃气热水器时，若通风不畅，易使人中毒，造成中毒的气体是（ ） A ．氧气 B ．氮气 C ．二氧化碳 D ．一氧化碳

2．宣传科学知识，揭露伪科学是化学工作者的义务。下列各项中，属于伪科学的是（ ） A ．用液态氢作燃料发射火箭 B ．用干冰进行人工降雨 C ．用催化剂把水变成汽油

D ．CO 气体可用来冶炼金属

3．CO 和CO2相同的是（ ） A ．物理性质相同 B ．化学性质相同 C ．组成元素相同 D ．相对分子质量相同

4．你能用多少种方法鉴别CO 和CO2气体呢？

一氧化碳、二氧化碳的性质

三、一氧化碳

1、物理性质

无色、无味的气体 密度略小于空气 不能采用排空气法收集 （空气的密度1.29g/L ，一氧化碳的密度1.25g/L ） 难溶于水 可采用排水法收集 （一体积水仅能溶解0.02体积一氧化碳）

2、化学性质 （1）可燃性

现象：淡蓝色的火焰

化学方程式：222O 2CO CO +???

→点燃

（2）还原性

实验一：一氧化碳还原氧化铜

现象：黑色氧化铜变成红色，澄清石灰水变浑浊

化学方程式：2CO CuO CO Cu +??

→+△

实验二：一氧化碳还原氧化铁

化学方程式：232332CO Fe O CO Fe +???

→+高温

这两个反应中，还原剂是________。

（3）毒性 与血液反应

一氧化碳与血红蛋白的结合能力是氧气的210倍！

血液与一氧化碳结合后就不输送氧气，人体就会缺氧，感到头痛、恶心、记忆力减退等，吸入多量的一氧化碳，会使人窒息死亡。

四、二氧化碳的性质

1、物理性质

无色、无味的气体 密度______空气 可溶于水

固体俗名：干冰

2、化学性质

（1）与水反应：2223CO H O H CO +→ 能使紫色石蕊变红

（2）与碱溶液反应 (如：澄清石灰水)：2232()Ca OH CO CaCO H O +→↓+ （3）氧化性：

与木炭反应：22C CO CO +???

→高温

与金属镁反应：222Mg CO MgO C +???

→+点燃

3、二氧化碳对气候、人体的影响

对全球气候的影响：二氧化碳排放过多，引起______________。

4干冰、液态二氧化碳用于灭火 干冰用于人工降雨和保藏食品

巧用二氧化碳制氧气：222232222Na O CO Na CO O +→+

有几种方法可以获得二氧化碳 哪种能获得少量纯净的二氧化碳？

22C O CO +???→点燃

2222CO O CO +???→点燃 422222CH O CO H O +???→+点燃

32222CaCO HCl CaCl H O CO +→++↑ 32222NaCO HCl NaCl H O CO +→++↑

222C CuO Cu CO +???→+↑高温

2CO CuO CO Cu +??→+△

五、二氧化碳的实验室制法

原料：大理石（或 石灰石）、稀盐酸

（注意：不能用稀硫酸代替）

原理：32222CaCO HCl CaCl H O CO +→++↑

装置：

or

反应装置

启普发生器

优点： 缺点： 练习

右图四组装置能起到与启普发生器相同效果的是_________。

如何检验装置的气密性？

关闭活塞，往长颈漏斗中加水，看水是否漏至试管中。若气密性良好，则加入长颈漏斗的水不会进入试管当中；试管内空气被密封，无法排出，存在气压。

收集与检验

收集：向上排空气法（二氧化碳密度大于空气） 验满的方法：燃着的木条放在瓶口熄灭 检验的方法：通入澄清的石灰水变浑浊

补充：氢气的性质及制法

一、氢气的物理性质

无色无味的气体 密度小于空气 可用向下排空气法收集 难溶于水 可用排水法收集 用于填充气球

二、化学性质

1、可燃性（注意：点燃氢气前要验纯）

22222H O H O +???→点燃

淡蓝色的火焰 2、还原性

氢气还原氧化铜

现象：黑色氧化铜变成红色，试管口有水生成

化学方程式：22H CuO H O Cu +??

→+△

氢气作为__________，具有__________，发生_______反应。

三、实验室制取氢气

原料：锌粒、稀硫酸（或稀盐酸） 装置：启普发生器（或简易装置）

启普发生器

气密性检验的原理：关闭活塞后，底座里面形成一个密闭的体系，有一定的压强，再往其中加水时，由于内部气体无法排出，所以水也无法进入。

更换药品：

固体：关闭活塞，让液体压入球形漏斗，然后用塞子塞住球形漏斗上口，再将底座上部的橡皮塞取下，更换、添加固体。

液体：用塞子塞住球形漏斗上口，打开底座下部的活塞，让液体流出，再塞紧活塞，从球形漏斗加入相应的酸。

启普发生器制备气体

打开活塞，让固体和液体接触，可以不断地产生气体；

当气体收集满或者不再需要时，关闭活塞，底座内气体压强增大，将酸压入球形漏斗，使固体和液体分离，反应结束。

实验原理（即化学方程式）

2442Zn H SO ZnSO H +→+↑ 222Zn HCl ZnCl H +→+↑

（思考）如何选择实验装置？

判断这个反应中的氧化剂和还原剂

2CO CuO CO Cu +??→+△

注意事项：

1．CO 气体早出晚归

2．尾气必须收集或者燃烧掉,防止污染空气

《氢气还原氧化铜》实验步骤及注意事项

1、试管口略向下倾斜 有水生成

2、导管伸入到试管底部 氢气密度小；氢气与CuO 充分反应

3、检验氢气纯度 防止氢气氧气混合爆炸

4、先通氢气，后加热 防止氢气氧气混合爆炸

5、结束时，先停止加热继续通氢气直到试管

冷却防止空气进入，导致实验失败

222Cu O CuO +??→△